“解碼”月球中晚期撞擊史 | 科技前線

月球保存了內(nèi)太陽系撞擊歷史，對剖析地球等天體在太陽系早期的表面地質(zhì)應(yīng)力、地球生命起源和太陽系天體軌道演變等科學(xué)問題至關(guān)重要。

近日，中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所通過鑒定嫦娥六號任務(wù)返回的低鈦玄武巖樣品中的沖擊變質(zhì)特征，揭示其成因機(jī)制，為探討月球等內(nèi)太陽系天體的中晚期撞擊歷史提供了關(guān)鍵制約。

01

內(nèi)太陽系撞擊檔案

小天體高速撞擊行星體表面，產(chǎn)生極端高壓和極端高溫，形成撞擊坑，導(dǎo)致行星體表面巖石和礦物發(fā)生沖擊變質(zhì)效應(yīng)。研究沖擊變質(zhì)特征，特別是高壓礦物相，可獲取撞擊過程的壓力、溫度、時間等信息，成為定量化驗(yàn)證和揭示天體撞擊歷史的工具之一。

撞擊坑統(tǒng)計(jì)定年模型顯示，月球早期撞擊通量非常高，此后逐漸下降并趨于穩(wěn)定。

美國阿波羅計(jì)劃和蘇聯(lián)月球計(jì)劃的月球樣品缺少形成于30億年以來的玄武巖。我國嫦娥五號采集了年齡20億年的玄武巖，但幾乎沒有關(guān)于撞擊過程的信息，使月球中晚期演化階段經(jīng)歷的撞擊過程缺乏有效約束。

月球背面的南極艾肯盆地承載著數(shù)百萬個撞擊坑，是研究外來小天體撞擊行星體表面產(chǎn)生沖擊效應(yīng)的理想?yún)^(qū)域。我國嫦娥六號在此采集的低鈦玄武巖樣本（噴發(fā)時間約為28億年），恰好處于月球返回玄武巖樣品年齡空窗期，為限定月球中晚期復(fù)雜的撞擊歷史提供了關(guān)鍵信息。

02

月背“星痕”

研究團(tuán)隊(duì)在嫦娥六號低鈦玄武巖中發(fā)現(xiàn)豐富的沖擊變質(zhì)特征，包括含高壓礦物相賽石英—斯石英—柯石英的二氧化硅顆粒、熔長石、沖擊熔融囊內(nèi)的斯石英和沿貫穿熔融囊裂隙邊界生長的定向石英簇，以及輝石的成分振蕩環(huán)帶等。

▲嫦娥六號低鈦玄武巖巖屑中的沖擊變質(zhì)特征

團(tuán)隊(duì)通過巖相學(xué)和礦物學(xué)分析并結(jié)合冷卻速率計(jì)算發(fā)現(xiàn)，這些沖擊變質(zhì)特征可能形成于四次撞擊事件，其中形成高壓礦物相熔長石和賽石英—斯石英—柯石英的撞擊峰值壓力約為30GPa至40GPa。

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過沖擊波物理模型計(jì)算確認(rèn)，四次撞擊事件中撞擊體的直徑為百米級，撞擊月表速率為2km/s至3.4km/s。

嫦娥六號低鈦玄武巖的沖擊變質(zhì)特征提示，28億年以來，至少有四次百米級別的小行星撞擊發(fā)生在月球背面南極艾肯盆地內(nèi)約5.8×103km2（低鈦玄武巖單元面積）的區(qū)域范圍內(nèi)。

此前嫦娥五號樣品研究和本次嫦娥六號樣品研究表明，月球正面和背面返回樣品經(jīng)歷的沖擊強(qiáng)度基本與來自月表隨機(jī)位置的月球隕石相當(dāng)。這表明，在月球中晚期的演化進(jìn)程中，其正面和背面經(jīng)歷的小天體撞擊強(qiáng)度無明顯差異。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s44453-025-00009-6

來源：中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所

責(zé)任編輯：侯茜